Первый раз актриса создала семью с Владимиром Раппопортом, репортером. Но в последние годы 30-х годов супруги расстались. Когда Федорова вышла замуж во второй раз, она выбрала в мужья Ивана Клещева, летчика. Во время великой Отечественной войны супруг актрисы и ее родной брат Иван погибли. Для женщины смерть самых близких людей стала огромной трагедией.
В 1942 году Зоя посетила выставку американского кино. Это мероприятие проходило в Москве. Там она встретила Генри Шапиро, журналиста "Юнайтед пресс" и его друга Джексона Тэйта. Джексон, который был в составе американской военной делегации, пригласил Федорову в ресторан. Так начался красивый роман советской артистки и американца.
Зоя полюбила симпатичного иностранца и родила от него дочь Викторию в 1946 году. Джексон узнал о рождении наследницы только через несколько лет. Когда закончилась война, между СССР и Америкой отношения стали недружественными, поэтому Федорова не могла быть вместе со своим возлюбленным.
Тэйта выдворили за пределы Советского Союза в июле 45 года, а актрису отправили в Крым (на гастроли). Американцу отправили анонимное письмо о том, что Зоя замужем за композитором, и воспитывает двоих детей.
Чтобы защитить честь актрисы, которая была матерью-одиночкой, Александр Рязанов сделал ей предложение. Так Федорова стала женой композитора, с которым дружила много лет. С Тэйтом она встретилась только в 1976 году.
Виктория выросла, пошла по материнским стопам, и выбрала актерскую профессию. Затем девушка уехала в США. В 66-летнем возрасте Виктория умерла, от неизлечимого заболевания.
В 1981 году 74-летнюю Федорову застрелили в собственной квартире. Причины трагедии остались загадкой.